Глава 21. СОЛОНЧАКИ, солонцы и солоди

М.А. Глазовская

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Фитоценология - геоботаника

Химия почвы

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Земледелие. Агрохимия почвы

Справочник агронома

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Эволюция биосферы

Земледелие

Геоботаника

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

В засушливых и сухих областях различных термических поясов Земли локально распространены почвы из семейства солончаков, солонцов и солодей. Большинство этих почв связано с современным гидроморфным или полугидроморфным режимом, но местами они приурочены к выходам сильно засоленных пород и называются остаточными.

Солончаки

Солончаки образуются при близком залегании к поверхности в той или иной степени минерализованных гючвенно- грунтовых или почвенно-делювиальных вод в условиях климата, где суммарная испаряемость превышает количество выпадающих осадков, т. е. среднегодовой коэффициент увлажнения меньше 1. Эти условия обеспечивают преимущественно восходящее движение капиллярной и пленочной влаги, ее испарение вблизи поверхности почв, выпадение из растворов в осадок и накопление в почве легкорастворимых солей. Поверхность солончаков покрыта , корками и выцветами солей. В профиле почв выделяются многочисленные прожилки и небольшие рыхлые стяжения мелких белых или слегг ка желтоватых кристалликов солей. При подсыхании стенка почвенного разреза солончака покрывается белым налетом. Это выцветы солей, выпавших в осадок при испарении влаги. По всему профилю солончаков выделяются также ржавые и сизые пятна — признаки оглеения почв и периодической смены окислительных и восстановительных условий.

На солончаках поселяются разнообразные галофиты, сочные солянки (поташник, содовая солянка, селитрянка, калийная солянка, сведа, сарсазан, солерос, аджерек, кермек). На солончаках, образующихся при периодическом подтоке делювиальных засоленных вод и находящихся большую часть времени в сухом состоянии, оглеение выражено очень слабо или не выражено совсем, а растительность представлена ксерофитными солянками, такими, как би- юргун, нанофитон, кокпек и др.

В экстрааридных областях обширные пространства солончаков образуются также при испарении бессточных соленых озер и отчленившихся от моря лагун. В таком случае вся масса солей, находившихся в водной массе водоема, оседает на поверхности и образует мощные, плотные солевые коры. Возникают так называемые соро- вые (или шоровые) солончаки, лишенные высшей растительности.

Солончаки приурочены к определенным элементам рельефа: так называемые остаточные или делювиальные солончаки встречаются на делювиальных шлейфах и склонах преимущественно южной экспозиции в областях распространения засоленных пород; солончаки, связанные с грунтовыми водами, приурочены к депрессиям рельефа и низменностям; они широко распространены на низменных побережьях озер и морей, на древнеаллювиальных равнинах, в поймах и дельтах рек, вдоль тектонических разломов, выходов глубинных минерализованных вод.

Солончаки встречаются в аридных и субаридных областях различных термических поясов Земли — от арктических до жарких пустынь. Они широко распространены в сухих степях и сухих саваннах, встречаются в степях и лесостепях — среди черноземов и серых лесных почв и даже в таежных экстраконтинентальных областях Центральной Якутии, среди палевых и палевых осолоделых почв.

Характер солончаков, их морфологические и химические свойства зависят от минерального состава грунтовых вод, участвующих в засолении, от глубины их залегания и режима. Состав грунтовых вод определяется всей совокупностью процессов выветривания и почвообразования в данной географической области. В зависимости от характера засоления выделяются разные виды солончаков.

В областях, где количество осадков относительно большое, а испарение незначительное, грунтовые воды слабо минерализованы и содержат преимущественно Са(НС03)2. Испарение таких вод приводит к образованию луговых карбонатных солончаков, о которых говорилось при характеристике особенностей почв низинных болот. Луговые карбонатные солончаки встречаются по преимуществу в относительно влажных областях в зоне степей и лесостепей умеренных широт, где соотношение осадков и испаряемости исключает заметное накопление в грунтовых водах более легкорастворимых солей.

Наличие в грунтовых водах соды приводит к формированию широко распространенного подтипа содовых солончаков. Содовые солончаки и озера встречаются в степных условиях умеренного пояса (Якутия, Забайкалье, Западная Сибирь, Украина, Армения), а также в пустынных областях умеренной и тропической зон. Весьма часто содовые воды и содовые солончаки связаны с глубокими подземными водами, поднимающимися по тектоническим разломам к поверхности. Ряд провинций содового засоления приурочен к молодым вулканическим областям. Сода образуется при выветривании массивно-кристаллических пород при гидролизе содержащих натрий алюмосиликатов:

Na2Al2Si6016 + Н20 + С02 = NaHC03 + NaH Al2Si6016

Местами содовые солончаки связаны с толщами осадочных сильно карбонатных пород. При фильтрации через эти карбонатные породы растворов, содержащих небольшое количество хлоридов и сульфатов и растворенную углекислоту, происходят обменные реакции:

СаСОз -f Н20 -f С02 + Na2S04=2NaHC03 -f CaS04

Эта реакция обычно может идти лишь при непрерывном удалении продуктов обмена, т. е. при оттоке грунтовых вод и значительном количестве растворенной в воде углекислоты.

В степной зоне содовые солончаки встречаются обычно в депрессиях рельефа среди массивов солонцов или солонцеватых почв. Здесь сода в грунтовые воды поступает из солонцов в процессе их рассолонцевания при обменных реакциях поглощенного натрия на находящиеся в растворе бикарбонат кальция или углекислоту по схеме:

(погл. комплекс) Na++ Н2С03^(погл. комплекс) H+ + NaHC03 или (погл. комплекс) 2Na-f Сэ(НС03)2^(погл. комплекс) Са2+ + + 2NaHC03

Образующаяся сода вымывается из почвенной толщи поверхностными и грунтовыми водами в бессточные депрессии и при испарении их дает содовые аккумуляции в озерах и окружающих их почвах.'

Появление соды в почвах и в илах озер связывают также с деятельностью сульфатредуцирующих бактерий, восстанавливающих в почвах и в донных отложениях озер сульфаты натрия в присутствии разлагающихся органических веществ:

Na2S04 —» Na2S + 202 Na2S f C02 + H20:£Na2C03-f H2S

Возможность образования соды таким путем помимо наблюдений в природе (К. Д. Глинка, 1912) подтверждена экспериментальными исследованиями И. Н. Антипова-Каратаева и Г. М. Кадер (1953). Продуцирование соды некоторыми бактериями и почвенными водорослями подтверждают исследования Н. Н. Болышева (1953).

Следовательно, содовое засоление возможно в самых разнообразных географических условиях, так как источники происхождения соды в почвах различны.

Содержание соды в содовых солончаках в некоторых случаях достигает 2% от массы почвы.

В особую группу могут быть выделены широко распространенные в аридных областях земного шара хлоридно-сульфатные солончаки (преимущественно хлоридно-сульфатно-натриевые и магниевые). Образование их связано с уменьшением стока, увеличением испарения и повышением степени минерализации грунтовых вод. В таких условиях грунтовые воды и почвенные растворы обогащаются относительно более легкорастворимыми солями натрия и магния, а углекислые и часть сернокислых солей (гипс) выпадают из растворов по пути их следования.

Источником хлоридов и сульфатов в грунтовых водах и почвах могут быть как первичные процессы выветривания массивно-кристаллических пород, так и древние солевые аккумуляции в осадочных морских, лагунных и озерных отложениях. В некоторых случаях содержание солей в осадочных породах настолько велико, что на выходах их даже без участия грунтовых вод, а только за счет поверхностного делювиального перераспределения солей образуются солончаки. Такие солончаки (и солонцы) на выходах соленосных древних пород называют остаточными.

О количестве и составе водно-растворимых соединений в почвах судят по данным анализов водных вытяжек. В водной вытяжке определяют: плотный остаток, прокаленный остаток, водно-растворимый гумус, анионы и катионы — С03, HC03, CI, S04, Сэ, Mg, Na. Результаты анализов выражаются в процентах и миллиэквивален- тах к абсолютно сухой почве, а часто и в эквивалент-процентах от массы прокаленного остатка.

Сухой и прокаленный остатки позволяют судить об общем содержании растворимых веществ в почве, о соотношении растворимых минеральных и органических соединений и о распределении их по профилю.

В незасоленных почвах плотный остаток на всем протяжении профиля не превышает 0,25%. В солончаковатых почвах он колеблется от 0^25 до 1%, в солончаках ни в одном из горизонтов почвы не опускается ниже 1%, а в горизонтах интенсивного засоления достигает 15% и более.

По глубине залегания солевых горизонтов почвы делятся на три группы: 1) высокосолончаковатые — соли выше 30 см от поверхности; 2) солончаковатые — соли на глубине 30—80 см; 3) глубоко- солончаковатые — соли на глубине 80—150 см.

Если солевой горизонт находится глубже 150 см, почвы относятся к незаселенным. В незаселенных почвах в горизонтах, богатых органическим веществом (торфянистых, грубогумусовых), величина плотного остатка за счет растворения органических веществ может быть довольно высокой и достигать 0,25%. а прокаленный остаток (в котором остаются только растворимые минеральные вещества) измеряться сотыми долями процента. Существенная разница между величиной плотного и прокаленного остатков наблюдается также в солонцовых горизонтах почв: при общем невысоком содержании минеральных солей (менее 0,25%) плотный остаток за счет водно-растворимых гуматов натрия может достигать 0,8%.

Важной характеристикой засоленности почв служит состав водно-растворимых солей ц его изменение по профилю почвы.

В незаселенных почвах основную массу солей составляют бикарбонаты кальция. Это обнаруживается по преобладанию ионов НС03 и Са в водной вытяжке. Общая щелочность в таком случае составляет 0,03—0,06%. Повышение в незаселенных почвах общей щелочности в отдельных горизонтах до 0,08% и более и (особенно) появление кроме бикарбонатов нормальных карбонатов (ионы С032-) свидетельствуют о солонцеватости почв. В таких горизонтах повышается содержание водно-растворимого натрия и органического вещества, появляется поглощенный натрий, увеличивается (по сравнению с верхним горизонтом) содержание ила, а в более глубоких горизонтах обнаруживается общее повышение содержания солей.

В засоленных почвах и количество и состав солей весьма разнообразны и варьируют в широких пределах.

При определении типа засоления принимается во внимание не только содержание и соотношение анионов, но и соотношение катионов. Для этого содержание анионов и катионов в водной вытяжке исчисляют в миллиэквивалентах и берут эквивалентные отношения различных катионов и анионов ().

Название типа засоления почв складывается на основании соотношений анионов и катионов. Например, сульфатно-хлоридно-нат- риевый, хлоридно-магниево-кальциевый и т. д.

Для засоленных почв с близким уровнем грунтовых вод кроме водных вытяжек обязательно определяют минерализацию и состав солей в самих грунтовых водах. В таблицах результаты анализов вод приводят в граммах на литр или в эквивалент-процентах.

Грунтовые воды аналогично засоленным почвам в зависимости от соотношения анионов и катионов делятся на типы. Результаты анализа выражаются в эквивалентной форме

Для наглядности распределения солей по профилю почв составляют графики солевого профиля. По вертикальной оси откладывают глубины, с которых взяты образцы для анализа, по горизонтальной оси справа и слева от вертикальной линии откладывают мил- лиэквиваленты анионов и катионов (). Суммы анионов и катионов, выраженные в миллиэквивалентах, равны друг другу, поэтому солевой график симметричен относительно средней линии. Соотношения ионов могут существенно изменяться в пределах вертикального профиля, поэтому наряду с солевым графиком полезно составлять график изменения отношений CI : S04, Na : (Ca + Mg),

НСОз: (C1 + S04).

Сопоставление соотношения ионов по профилю почв с их соотношением в плотном остатке грунтовых вод позволяет судить не только о типе засоления, но и о преобладающем в данной почве процессе: прогрессивного засоления, периодического засоления и рассоления или преимущественного рассоления при наличии остаточных солевых горизонтов.

Характер распределения солей и соотношения их в почве с прогрессивным засолением. Мы видим, что максимум солей приурочен к верхнему горизонту почвы. В этом же горизонте заметно увеличивается по сравнению с остальной частью профиля и с грунтовыми водами относительное содержание в составе солей С1 и Na. Хлориды натрия более растворимы, чем сульфаты натрия и особенно сульфаты кальция. Преимущественное накопление хлоридов натрия у поверхности почвы объясняется тем, что при подъеме вод от уровня грунтовых вод по капиллярам внутри почвенной толщи идет их частичное испарение. При увеличении концентрации растворов часть сульфатов выпадает в осадок, а поднимающиеся к поверхности растворы становятся не только более минерализованными, но и относительно обогащенными хлоридами натрия.

Солевой профиль почвы, находящийся в стадии рассоления. В этом профиле максимум солей находится на глубине 50—70 см, причем максимум сульфатов кальция и натрия наблюдается выше по профилю, чем максимум хлоридов натрия. Отношение хлоридов к сульфатам и отношение натрия к сумме кальция и магния по всему профилю почвы ниже, чем в грунтовых водах. Сульфаты, менее растворимые, чем хлориды, при промывании и рассолении почв более длительное время задерживаются в почвенном профиле.

Многие засоленные почвы имеют очень сложный солевой профиль с несколькими максимумами накопления солей. Они свидетельствуют о нескольких этапах засоления и рассоления почвы, связанных с различными уровнями стояния грунтовых вод в прошлом или периодическими колебаниями уровня вод по сезонам года и в многолетних климатических циклах.

В зависимости от соотношения солей изменяется морфологический облик солончаковых почв. Так, сульфатно-натриевые солончаки представляют собой пухлые солончаки: при кристаллизации и образовании мирабилита на каждую молекулу сернокислого натрия расходуется десять молекул воды (ИагБОд-Ю Н20); кристаллы мирабилита раздвигают почвенные частицы и придают верхнему горизонту рыхлое сложение.

При близких грунтовых водах высокой минерализации 100 г/л (и более) идет преимущественно хлоридно-натриевое или хлорид- но-натриево-магниевое засоление почв. При выделении хлористого натрия на поверхности почв образуется плотная хрустящая корочка.

В конечных областях стока грунтовых вод с преимущественным хлоридным засолением часто образуются хлоридно-кальциевые и хлоридно-магниевые солончаки. Их формирование связано с высокой степенью растворимости хлоридно-магниевых и хлоридно- кальциевых солей и возможностью их миграции в депрессии рельефа, когда основная масса других солей уже выпала из грунтовых вод и сконцентрировалась в почвах или рыхлых наносах. Хлориды кальция и магния — гигроскопичные соли, поэтому они не образуют на поверхности почвы заметной корочки. Эти соли поглощают воду, расплываются и увлажняют почву с поверхности. Возникают так называемые мокрые, или черные, солончаки.

Среди солончаков могут быть выделены хлоридно-нитратные, или селитряные, солончаки.

Они образуются в бессточных внутри- континентальных экстрааридных областях с малым количеством осадков и скудным растительным покровом и с хорошими условиями аэрацИи почв и грунтов. Нитратные солончаки встречаются в Средней Азии — в дельтах рек Сырдарья, Кашкадарья и Мургаб, в сухих предгорьях Ферганской котловины в местах древних поселений и имеют в большинстве случаев антропогенное происхождение.

Нитраты поступают в грунтовые воды при окислении азотистых соединений органических остатков и с атмосферными осадками. Там, где расход нитратов на построение нового органического вещества невелик (при изреженном растительном покрове пустынь) и где процессы денитрификации слабые, нитраты свободно мигрируют и, накапливаясь в грунтовых водах в депрессиях рельефа, служат источником нитратного засоления почв. В почвах накапливается преимущественно натронная селитра.

Нитратные солончаки широко распространены в пустыне Атакама, где они, вероятно, связаны с окислением аммиака, выделяющегося при извержении вулканов и при поствулканических процессах, а на побережье океана и с накоплением гуано на птичьих базарах. Весьма широко распространены солончаки с промежуточным характером засоления — хлоридно-сульфатно-содовые, хлоридно- сульфатно-нитратные и т. д.

Характер солевого профиля солончаков определяет уровень залегания и режим грунтовых" вод. Если уровень грунтовых вод в течение года слабо колеблется и капиллярно поднимающаяся влага достигает поверхности почвы, соли концентрируются в самом верхнем горизонте и на поверхности при относительно небольшом их содержании в остальной толще почвы. Образуется корковый солончак.

Если уровень грунтовых вод значительно меняется и испарение влаги в различные периоды года происходит то на поверхности, то на различной глубине от нее, соленакопление происходит в нескольких .горизонтах или во всей толще почвы над грунтовой водой. Внутрипочвенное испарение может быть вызвано сильным перегревом поверхности почвы. Максимальное накопление солей на поверхности при одновременном высоком содержании солей во всей почвенной толще характерно для профиля типичного солончака.

В орошаемых районах в условиях недостаточного дренажа полив может вызвать подъем грунтовых вод и образование вторичных солончаков. При относительно глубоком постоянном уровне грунтовых вод, когда капиллярная влага не достигает поверхности, солевые накопления возможны лишь в глубоких горизонтах почвы. В таких случаях образуется солончаковая почва или глубинный солончак.

Солончаки, генезис которых связан с постоянным уровнем грунтовых вод, называются луговыми. Солончаки, образующиеся на днищах озер и лагун — за счет испарения поверхностной воды,— соровыми или шоровыми.

Многие галофитные растения обладают специфической солеус- тойчивостью, поэтому по характеру дикой флоры можно приблизительно судить о величине засоления. Культурные растения плохо переносят присутствие солей.

Токсическое действие различных солей неодинаково. Из углекислых солей токсична сода, углекислые кальций и магний безвредны. Среди сернокислых солей наиболее вреден MgS04, меньше — Na2S04 и безвреден гипс CaS04-2H20. Хлористые соли — NaCl, MgCl2 — примерно одинаковы по степени вредности.

При сельскохозяйственном использовании солончаковых почв необходимы определенные мелиорации: дренаж для понижения уровня грунтовых вод и предотвращения поступления капиллярной влаги к поверхности (промывки солончаков с последующим удалением и сбросом дренажных вод); посев растений, перехватывающих корнями капиллярный поток влаги (люцерна и другие травы); соблюдение норм и сроков полива в целях предотвращения возможного подъема уровня грунтовых вод и развития процессов вторичного засоления.

К содержанию книги: МАРИЯ АЛЬФРЕДОВНА ГЛАЗОВСКАЯ - Общее почвоведение и география почв